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Infrared absorption and Raman scattering spectra of water under pressure via first principles molecular dynamics

第一原理分子動力学による高圧下の水の赤外吸収およびラマン散乱スペクトル

池田 隆司

Ikeda, Takashi

通常水分子の変角振動によるとされている1600cm$$^{-1}$$付近に現れるピークが超臨界水の偏光ラマンおよび偏光解消ラマンスペクトルでは消失することが実験により観測されている。一方赤外吸収スペクトルには対応するピークが明瞭に現れることが観測されている。本研究では第一原理分子動力学と分極理論を組み合わせることにより赤外吸収スペクトルとラマンスペクトルの解析法を構築した。我々の計算法により水の赤外・ラマンスペクトルの上記の奇妙な振る舞いが再現されることを示した。通常の水で1600cm$$^{-1}$$に観測されるラマンスペクトルのピークの起源を議論した。

From both the polarized and depolarized Raman scattering spectra of supercritical water a peak located at around 1600 cm$$^{-1}$$, attributed normally to bending mode of water molecules, was experimentally observed to vanish, whereas the corresponding peak remains clearly visible in the measured infrared (IR) absorption spectrum. In this computational study a theoretical formulation for analyzing the IR and Raman spectra is developed via first principles molecular dynamics combined with the modern polarization theory. We demonstrate that the experimentally observed peculiar behavior of the IR and Raman spectra for water are well reproduced in our computational scheme. We discuss the origins of a feature observed at 1600 cm$$^{-1}$$ in Raman spectra of ambient water.

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